基于摇臂悬架的履带式地面无人平台设计与运动分析

摘要

随着科技的飞速发展,地面无人平台开始越来越多的出现在战场、废墟、矿区等复杂地面环境，取代人类进行侦查、救援、探测等高危作业，大大降低了人类在参与上述活动时需要直面的风险。近年来，我国自然灾害、事故灾难频发，军事领域也在大力推进装备的无人化，这些都促使我国对能够适应复杂地面环境的高机动性地面无人平台的需求与日俱增。
　　本论文的研究目的是设计一种新型的基于摇臂悬架的履带式地面无人平台。该移动平台采用独特的摇臂式悬架机构，平台在通过崎岖路面时，两侧履带架可绕中间转轴发生一定程度的摆动使履带贴合地形，提高平台通过性与运动的平顺性。
　　本文围绕所设计的新型地面无人移动平台，针对其运动原理、越障性能、样机研制等几个方面开展研究，主要取得了以下研究成果：
　　（1）提出了一种全新的摇臂式悬架机构，并基于此完成了无人平台的机构方案设计。
　　（2）分析了无人平台在平地、斜坡、楼梯、壕沟等典型地面环境下的运动过程，并对各典型障碍下平台的通过性进行了计算。
　　（3）使用动力学分析软件，建立了无人平台的虚拟样机及各典型地形的虚拟实验环境，进行了仿真试验，初步验证了平台的机动性能。
　　（4）完成了基于摇臂悬架的履带式地面无人平台原理样机的研制。并在平地、台阶、斜坡、单边等地形完成运动特性试验，初步测定了无人平台的部分性能指标。试验结果表明基于摇臂悬架的履带式地面无人平台具有运动速度快、负载能力强、控制灵活、运动平稳等特点，部分指标（最大运行速度可达35km/h、负载能力（载重/自重比1.26)、续航时间4h）达到国内中小型履带式无人平台先进水平。
　　最后，论文针对现有设计，给出了进一步的改进建议，并对地面无人平台的发展前景进行了展望。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题来源、研究背景及意义

1.2 地面无人平台研究现状

1.3 地面无人平台发展趋势

1.4 论文主要工作

第二章 地面无人平台原理方案设计

2.1 移动机构设计

2.2 直线运动分析

2.3 转向运动分析

2.4 平台结构参数和性能指标

2.5 驱动功率计算与电机选择

2.6 本章小结

第三章 越障性能分析

3.1 爬坡运动分析

3.2 翻越垂直障碍运动分析

3.3 跨越壕沟障碍运动分析

3.4 攀爬楼梯障碍运动分析

3.5 本章小结

第四章 虚拟样机建模与仿真分析

4.1 虚拟样机建模

4.2 爬坡性能仿真分析

4.3 翻越垂直障碍性能仿真分析

4.4 攀爬楼梯性能仿真分析

4.5 跨越壕沟性能仿真分析

4.6 摇臂悬架平顺性仿真分析

4.7 本章小结

第五章 原理样机研制与试验

5.1 样机制作与装配

5.2 移动平台控制系统设计

5.3 原理样机试验

5.4 原理样机试验结果及性能对比

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果

附录A：移动平台总装配图

附录B：移动平台电路原理图